5.2. Методы измерений потребления энергоресурсов [12]

Все объекты энергоаудиторской проверки должны быть оснащены штатным контрольно-измерительным оборудованием. При его отсутствии или сомнениям в работоспособности приходится использовать разнообразные инструментальные средства энергоаудита. Эти средства измерения в отличие от стационарных называют временными (переносными).

Предпочтение, как отмечалось, отдается приборам, не требующим остановки контролируемого процесса. Особенно широкое применение находят так называемые бесконтактные средства измерения (акустические, световые, инфракрасные и электромагнитные измерители), обеспечивающие наибольшую безопасность и наименьшее вмешательство. В то же время «контактные» измерители при их надлежащем использовании, как правило, менее зависимы от факторов окружающей среды, вносящих дополнительную погрешность в измерения. Установка датчиков контактных приборов обычно производится вблизи или вместо штатных (стационарных) измерителей.

Некоторые из инструментальных средств энергоаудита (например, портативный ваттметр) непосредственно измеряют потребление энергии. Однако подавляющие большинство приборов измеряют другие параметры (сила тока, расход жидкости, давление газа, влажность воздуха, освещенность и т.п.), связанные с использованием энергии.

Неполный перечень наиболее распространенных инструментальных средств энергоаудита приведен в табл. 5.1, см. также том 1 настоящего издания.

Таблица 5.1

Перечень переносных (временных) измерителей

Измеряемый параметр	Тип измерителя	Способ измерения	Способность накопления
Активная электроэнергия	Портативный электросчетчик	Контактный	Обязательна
Электрическая энергия (активная и реактивная)	Токоизмерительные клещи –ваттметр	Контактный (напряжение), бесконтактный (ток)	Возможна
Сила электрического тока	Токоизмерительные клещи –ваттметр	Без контакта с проводником	Возможна
Напряжение и другие электрические характеристики	Цифровой мультиметр	Контактный	Возможна
Температура	Цифровой термометр	Контактный	Возможна
Температура поверхности, температурные поля	Пирометр, инфракрасный сканер, тепловизор	Бесконтактный	Возможна
Расход жидкости	Ультразвуковой расходомер	Бесконтактный	Возможна
Давление жидкости или газа	Цифровой манометр	Контактный
Содержание примесей в воздухе, КПД сжигании топлива	Газоанализатор	Контактный
Скорость движение газа	Цифровой анемометр	Контактный
Относительная влажность атмосферы	Цифровой гигрометр	Контакт с атмосферой
Скорость вращения	Стробоскоп	Бесконтактный
Освещенность	Люксметр	Контакт с поверхностью

Основными преимуществами цифровых измерительных приборов являются высокая точность, чувствительность, разрешающая способность и быстродействие.

В зависимости от задач проверки, измерения могут быть организованы по статической или динамической модели.

Статическая модель подразумевает неизменность исследуемых параметров в течение всего эксперимента. Результатом таких измерений будет «точка», т.е. определенное численное значение параметра. Так как результат любого измерения несет в себе некую погрешность, для получения надежной информации необходимо произвести несколько замеров и затем статически их обработать (отбросить маловероятные показания, определить среднее значение). Для статических наблюдений достаточно приборов, ориентированных только на мгновенные измерения.

Динамическая модель предполагает изменение исследуемой величины в определенном диапазоне. Результатом динамических измерений является множество «точек» или график (функция) измерений контролируемой величины во времени. После статической и математической обработки таких измерений, когда одновременно контролировать несколько параметров, аудитор может получать не только характер развития процесса во времени, но и зависимости между измеренными величинами. Например, зависимость расхода топлива от выработки тепловой энергии, зависимость потребления электроэнергии от температуры наружного воздуха. Для обеспечения динамических измерений должны использоваться специальное приборное оснащение, имеющие возможность регистрации (запоминания) показаний с заданным интервалом времени или непрерывно. С этой целью используются соответственно измерительные регистраторы (логгеры) и самописцы, которые могут быть встроены в измерительный прибор или присоединяться к нему как дополнительное оборудование.

При планировании измерений важно понимать, что далеко не всегда есть возможность или необходимость в непосредственных измерениях какого-либо параметра. Существуют расчетные методы, базирующиеся, как правило, на физических законах и позволяющих вычислить значение контролируемой величины на основе измерений других параметров. Например, по измерениям силы тока, напряжения и коэффициента мощности можно определить потребление активной составляющей электроэнергии, а по показаниям измерителей теплового потока – локальный коэффициент сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.

Поэтому выбор той или иной методики выполнения измерений или расчетов энергопотребления зависит от условий измерения и наличия соответствующих измерительных приборов.

В любом случае никакой результат измерений не может быть принят без анализа его достоверности и выявления возможных погрешностей, потому что всегда возможны искажения показаний измерителей, вызванные неправильной организацией эксперимента, случайными и систематическими условиями. В этих случаях аудитор может принять решение о проведении повторных замеров или корректировке имеющихся показаний, но для этого необходимо оценить существенность искажений проверяемой информации. Кроме того следует сопоставить дополнительные затраты на проведение проверки с существенностью самой информации. При этом аудитор может принять решение о выборе других методов проверки.

Если, по мнению аудитора, возможные искажения не наносят существенного характера или аудитору удалось привести результаты измерений к надлежащей степени достоверности, то отклонения полученных данных от ожидаемого (нормативного) уровня свидетельствует о нарушениях в самом контролируемом процессе.

Объяснения о произведенных корректировках результатов измерений и замечания о возможных нарушениях аудитор обязан сделать в рабочей документации.

Измерения энергопотребления могут быть непосредственными, частичными и опосредованными.

Непосредственное измерение потребление энергоресурсов

Непосредственное (прямое) измерение затрат энергии – это самый точный, если не брать в расчет метрологические аспекты измерений, способ определения объема потребленной энергии.

Непосредственные измерения потребленной энергии или объема потребленного энергоносителя за принятый промежуток времени (неделю, месяц, сезон, год) осуществляется с помощью счетчиков.

При этом необходимо учитывать, что разрешающая способность шкалы многих счетчиков обычно рассчитана на продолжительные интервалы времени контроля и не в состоянии удовлетворить потребности измерений при незначительном периоде наблюдений.

Но бывают часто случаи, когда нет возможности провести непосредственные измерения расхода электроэнергии.

Опосредованные измерения потребления энергоресурсов

Потребление энергии каким-либо объектом может быть определено с некоторой степенью достоверности измерениями энергопотребления других объектов. Для этого применяется метод тестового контроля.

Допустим, несколько потребителей получают энергию от одного источника, на котором организовано измерение затрат энергию. Контролируя или организуя включение/отключение каждого энергопотребителя при постоянном наблюдении за изменением общей нагрузки можно определить расход энергоресурса по отдельному потребителю.

С помощью данного метода можно определить, например, расход электроэнергии на освещение производственного цеха. Если в начале обеденного перерыва или в конце рабочего дня технологический процесс останавливается (отключаются все производственные механизмы), освещение остается включенным еще некоторое время. В этих условиях общий цеховой электросчетчик будет фиксировать точное количество электроэнергии, которая потребляется осветительной установкой цеха.

На рис. 5.1 приведен практический пример использования метода тестового контроля для определения энергопотребления одной из двух установок, которые питаются через один счетчик электрической энергии.

Установка 1

Включено

Тест 1

Установка 2

Включено

Калибровка счетчика: 5 обор./кВт∙ч

Наблюдение: 10 оборотов диска в минуту

Потребление энергии за час:

(10 об/мин∙60 мин/ч) / 5 об/кВт∙ч = 120 кВт∙ч/ч

Установка 1

Включено

Тест 2

Установка 2

Выключено

Наблюдение: 7,5 оборотов диска в минуту

Потребление энергии за час:

(7,5 об/мин∙60 мин/ч) / 5 об/кВт∙ч = 90 кВт∙ч/ч

Вывод: Установка 1 – средняя мощность 90 кВт

Установка 2 – средняя мощность 30 кВт

Рис. 5.1. Метод тестового контроля энергопотребления

В этом примере минутное потребление энергии определялось по количеству оборотов на протяжении минуты диска электрического счетчика.

Относительно применения тестового контроля есть некоторые предостережения.

Для получения достоверных результатов методом тестового контроля следует быть уверенным в том, что энергопотребление тестируемого оборудования соответствует его нормальному режиму работы, а время тестирования увязано с длительностью рабочего цикла.

Тестовый контроль, наиболее эффективен, когда изменение уровня энергопотребления отслеживается в моменты отключения работающего оборудования. Как правило, обратные действия (включение неработающего оборудования) сопровождаются значительными переходными процессами (пусковые перегрузки и т.п.), которые могут исказить информацию о рабочих режимах энергопотребления. Чтобы избежать этих искажений, необходимо делать паузу в контроле на время перехода оборудования в рабочий (устоявшийся) режим.

Оценка нормативного потребления энергоресурсов

Одним из основных способов определения потребления энергии, в котором измерения могут не проводиться – это оценка энергопотребления.

Оценку применяют в ситуациях, когда проведение тестов измерений не возможно или нецелесообразно (в частности по экономическим соображениям). На практике в отсутствии развитой системы технологического учета энергоресурсов это один из наиболее распространенных методов определения нормативного уровня энергопотребления разными потребителями на объекте.

Среди широкого спектра подходов к оценке объемов энергопотребления выделим метод усредненного режима работы.

Метод усредненного режима работы состоит в расчете объемов энергозатрат на основе информации о времени использования и режимах работы установленного оборудования.

В общем случае этот метод может опираться на среднюю норму почасового энергопотребления, установленную для данного оборудования. Тогда формула расчета будет иметь вид: Э = n_в∙Т_в (т.е. объем энергопотребления равен произведению нормы почасового потребления на общую продолжительность работы оборудования). При этом норма почасового энергопотребления определяется как средневзвешенная характеристика объемов потребления энергоресурса в каждом эксплуатационном режиме в течение полного цикла работы оборудования.

На практике, однако, учитывая, что основной составляющей часовой нормы энергопотребления является установленная мощность оборудования, чаще применяется трехкомпонентная формула.

Например, годовое потребление электроэнергии W (кВт∙ч) получают путем перемножения установленной номинальной мощности электрооборудования N (кВт) на коэффициент средней загрузки k_з и на время использования оборудования на протяжении года Т_в (часов)

W = N ∙ k_з ∙ T_в .

Недостатком метода оценки является то, что он основан на определенных предположениях и дает достоверные результаты только при условии, если хорошо известны особенности эксплуатации оборудования.

Таким образом, точность оценки зависит от того, насколько качественно собраны сведения о производственном процессе и оборудовании, т.е. о номинальном энергопотреблении, рабочих характеристиках, средних режимах работы и наработке оборудования.

Для успешного применения метода оценки энергопотребления аудитор должен знать достоверное значение коэффициента загрузки оборудования и проводить перекрестную проверку результатов, сравнивая их с известными нормами и общим потреблением энергии.

Приведем практические примеры применения метода оценки.

1. Оценка потребления энергии системами освещения

Поскольку рабочая мощность установленных видов ламп обычно известна (за исключением ламп с регуляторами освещенности), расчет потребления электроэнергии осветительной установки относительно прост. Пример определения энергопотребления системами освещения приведен в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Оценка годовой осветительной нагрузки

Помещения, территории	Установленная мощность осветительной установки, кВт	Условия эксплуатации		Годовое потребление энергии, кВт∙ч
		Время использования, часов	Коэффициент загрузки
Офисный блок	24	2400	0,5	28800
Механический цех	62	4900	0,8	243040
Литейный цех	48	4900	0,8	188160
Склад	18	2400	0,5	21600
Инженерный отдел	17	2400	0,7	28560
Внешнее освещение	11	3600	0,9	35640
Всего	180			545800

При оценке потребления энергии осветительными установками необходимо учитывать приведенные ниже условия.

Максимальная мощность системы освещения это суммарная мощность ламп (Вт), а для люминесцентных и газоразрядных ламп еще и мощность затрат в цепи управления (Вт). Потери мощности в преобразователях галогенных ламп низкого напряжения обычно достигают 10 % от мощности ламп.

Коэффициент средней загрузки. Здесь следует принимать во внимание лампы, которые работают в режиме регулирования освещенности (например, рабочее и дежурное освещение). Необходимо учитывать также состояние осветительной установки. Между очередными текущими ремонтами в цехах с высокими проемами в среднем 10-20 % ламп может находиться в неисправном состоянии.

Время использования освещения в течение года. Это время оценивается исходя из продолжительности работы, с учетом времени использования естественного освещения и режима работы в помещениях. Необходимо также принимать во внимание, имеющееся автоматическое управление искусственным освещением.